Регистрация / Вход
Прислать материал

«Разработка гетероструктурных солнечных элементов и
фотоэлектрических установок»

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.740.11.0057
Организация
ФТИ им. А.Ф.Иоффе
Руководитель работ
Андреев Вячеслав Михайлович
Продолжительность работ
2009 - 2011, 26 мес.
Бюджетные средства
15 млн
Внебюджетные средства
3 млн

Информация отсутствует

Этапы проекта

1
15.06.2009 - 15.12.2009
· Разработан оригинальный способ пассивации поверхности путем нанесения сверхтонких пленок нелегированного a-Si:H, полученного методом циклического плазомхимического осаждения (ПХО).
· Проведено компьютерное моделирование электрофизических свойств гетероструктур a-Si:H/c-Si.
· Продемонстрированы возможности спектроскопии полной проводимости для характеризации свойств границы раздела a-Si:H/c-Si. Показано, что традиционный метод определения разрывов зон, основанный на C-V измерениях не может быть применен для анализа гетероперехода (n) a-Si:H/(p) c-Si из-за формирования инверсионного слоя в c-Si на границе раздела.
· Проведены расширенные исследования легирования эпитаксиальных слоев твердых растворов Al-Ga-In-As и Al-Ga-In-P с целью обеспечения возможности тонкой оптимизации спектральных характеристик среднего GaInAs и верхнего GaInP элементов, за счет подстройки уровней легирования в областях базы и эмиттера обоих элементов каскада.
· Разработана технология получения решеточно-согласованной многослойной структуры 2-х переходного ФП путем кристаллизации из газовой фазы.
· Произведена отладка технологии 2-х каскадного GaInP/GaAs элемента для согласования токов при преобразовании спектра AM1,5.
· Оптимизирована структура КСЭ для преобразования высококонцентрированного солнечного излучения. Получены структуры GaInP/GaAs СЭ, способные эффективно работать при концентрациях солнечного излучения вплоть до 3000 крат.
· Проведены исследования по выращиванию методами газофазной эпитаксии из металлоорганических соединений и жидкофазной эпитаксии слоев твердых растворов AlGaAsSb/GaSb, GaInAsSb/GaSb и GaInAsSb/InAs с целью получения экспериментальных ФЭП на их основе.
· Спроектирован концентраторный фотоэлектрический модуль (КФЭМ), предназначенный для преобразования солнечной энергии в электрическую и являющийся составной частью солнечной батареи (СБ) солнечной энергоустановки (СЭУ).
· Разработана технология создания линзовой панели на основе стекла и силиконовых линз Френеля.
· Изготовлены экспериментальные образцы КФЭМ.
· Разработан и изготовлен трекер, обеспечивающий размещение на ней комплекта концентраторных фотоэлектрических модулей СФЭУ мощностью 1 кВт
· Разработан и изготовлен стенд для спектрального анализа фотоответа ФЭП.
Развернуть
2
01.01.2010 - 15.06.2010
Было показано, что величина низкочастотной емкости, измеренной при освещении AM 1.5 и прямом смещении близким к Voc, может использоваться для исследований свойств границ раздела солнечных элементов на основе гетеропереходов a-Si:H/c-Si.
С помощью численного моделирования было проведено исследование влияния тыльного интерфейса с и без дополнительного слоя тыльного потенциального барьера.
Продемонстрировано, что определение свойств тыльного интерфейса может использоваться для проведения исследования свойств переднего интерфейса структур a-Si:H/c-Si, используя теоретические зависимости CLF от Dit.
Исследована возможность создания структур с встроенным Брэгговским отражателем.
Разработана технология, позволяющая обеспечить необходимую однородность слоев, требуемую для создания Брэгговских отражателей.
Продемонстрировано увеличение времени жизни (радиационной стойкости) структур со встроенным Брэгговским зеркалом и тонкой базой на основе измерений характеристик ФП после облучения в потоке быстрых электронов.
Разработана технология изготовления многослойного контакта, обеспечивающая точное воспроизведение толщин, режимов напыления и последующего отжига.
Создана установка, пригодная по своим параметрам для воспроизводимого изготовления фронтальных омических контактов к фотопреобразователям для космических солнечных батарей позволяющая изготавливать многослойные контакты с сопротивлением (0,9-3)·10^-6 Ом·см^2 к n-GaAs с концентрацией носителей 5·10^18 см^-3.
Исследовано влияние температуры отжига контактной структуры на характеристики на основе GaSb.
Разработана конструкция концентраторного фотоэлектрического модуля с разделением спектра. Проведены теоретические расчеты влияния различных параметров материалов и характеристик дихроичных фильтров на параметры КФЭМ. Изготовлен тестовый образец для исследования возможностей КФЭМ с разделением спектра.
Разработана и изготовлена перспективная конструкция системы слежения за Солнцем пъедестального типа, не уступающая по своим параметрам аналогичной системе карусельного типа. В конструкции системы слежения применены наиболее дешевые материалы, при этом вся конструкция состоит из элементов длиной менее 2 м и шириной менее 0.7 м.
Проведены успешные испытания системы слежения за положением солнца на точность слежения и ветровую нагрузку
Разработан и изготовлен лбораторный комплекс для научных исследований солнечных фотоэлектрических преобразователей и малоразмерных модулей, включающий в себя управляющий компьютер, источник питания; осветитель сколлиматором и блок измерения и управления. Комплекс предназначен для получения световых вольт-амперных характеристик фотопреобразователей и концентраторных модулей.
Развернуть
3
16.06.2010 - 15.12.2010
- Экспериментально установлено, что оптимальная толщина эмиттера для солнечных элементов подо a-Si:H(n)/c-Si(p) лежит в пределах 5 нм. Уменьшение толщины невозможно из-за появления разрывов в слое a-Si:H(n), так как вариация толщины лежит в пределах толщины самого аморфного слоя, и обеднения a-Si:H (n) –слоя. Получены фотопреобразователи a-Si:H(n)/c-Si(p) типа со следующими выходными параметрами Iкз=29 мА/см2, Uxx=638 мВ.
- Разработана концентраторная фотоэлектрическая система со спектральным расщеплением потока солнечного излучения на основе линзы Френеля и двух дихроических фильтров. Солнечные элементы на основе AlGaAs, GaAs выращены методом низкотемпературной жидкофазной эпитаксии. GaSb-фотопреобразователи получены диффузией цинка из газовой фазы в эпитаксиальный базовый слой или в подложку GaSb n-типа проводимости. Суммарная эффективность трех солнечных элементов, разработанных для модуля со спектральным расщеплением света, составила 39.6% (спектр АМ1.5D). Для кратности концентрирования Кс=200 указанная эффективность составила 38.1%.
- Произведены расчет и разработка технологии нанесения нового просветляющего покрытия TiOх /SiO2. Применение данного покрытия позволяет исключить из технологии изготовления ФЭП операцию с использованием механических масок, которая сильно ограничивает возможность производственного выпуска ФЭП, с ее заменой на операцию фотолитографии. Разработана технология нанесения пассивирующего покрытия Si3N4 на боковую поверхность структуры ФЭП.
- Изготовлен импульсный имитатор солнечного света предназначенный для измерения параметров КФЭМ размером до 0.5х0.5 м2. Проведена апробация методики и сравнение получаемых результатов с данными натурных испытаний. Проведены измерения выходных параметров модулей.
- Разработан трекер мощностью 1 кВт «башенного» типа с конструкцией по варианту №2, кинематика которого предусматривает азимутальное вращение вокруг центральной опорной стойки. Привод азимутального вращения включает в себя горизонтальный диск с приваренной по периметру цепью, а привод зенитального вращения – «цепной» сектор. Подвесная рама трекера рассчитана на размещение на ней 18 концентраторных модулей в конфигурации 6 х 3. Кроме того, трекер был оснащен усовершенствованной системой слежения за Солнцем.
- Представлена модель оптимального размещения солнечных фотоэлектрических установок для увеличения выработки электроэнергии. Приведены зависимости для определения энергии, вырабатываемой следящими фотоэлектрическими установками при их частичном затенении. Выполнены расчеты и обосновано оптимальное расположение установок в составе солнечной электростанции, обеспечивающее максимальную удельную выработку электроэнергии с поверхности земли, для двух географических пунктов Тенерифе и Краснодар.
Развернуть
4
01.01.2011 - 31.08.2011
В ходе реализации отчетного этапа за счет средств федерального бюджета выполнены следующие работы:

1) Изготовление и оптимизация гетероструктур TCO/a-(р+)Si:H/(n)c-Si/(n+)Si:H, их характеризация и компьютерное моделирование.
2) Изготовление и оптимизация гетероструктур TCO/(n+)a-Si:H/(p)c-Si/(р+)aSi:H, их характеризация и компьютерное моделирование.
3) Прогнозирование характеристик гетероструктур различных конфигураций с помощью компьютерного моделирования, проведенного с использованием полученных результатов исследования свойств границ раздела.
4) Разработка технологии ФЭП на основе материалов группы А3В5. с числом каскадов фотоэлектрического преобразования более трёх.
5) Подготовка программы ОКР на основании результатов выполненной НИР.
Развернуть

Программа

Программа "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009 - 2013 годы

Программное мероприятие

1.1 Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров
Продолжительность работ
2005, 2 мес.
Бюджетные средства
1,2 млн
Организация
ФТИ им. А.Ф.Иоффе
профинансировано
Продолжительность работ
2007, 5 мес.
Бюджетные средства
1,2 млн
Организация
ФТИ им. А.Ф.Иоффе
профинансировано
Тема
Разработка высокоэффективных солнечных фотоэлектрических элементов на нитридах металлов III группы для создания серийного производства фотоэлектрических модулей с концентрацией солнечной энергии.
Продолжительность работ
2012 - 2013, 20 мес.
Бюджетные средства
100 млн
Количество заявок
1
Тема
Разработка новых редокс-систем для фотоэлектрохимических преобразователей, не вызывающих коррозии элементов солнечных модулей и повышающих напряжение солнечных элементов до 1.5 В.
Продолжительность работ
2011 - 2012, 14 мес.
Бюджетные средства
20 млн
Количество заявок
2
Тема
Разработка перспективных источников энергии на основе полупроводниковых многопереходных солнечных элементов
Продолжительность работ
2013, 8 мес.
Бюджетные средства
30 млн
Количество заявок
13
Тема
Создание набора эталонных солнечных элементов и аттестованных методик измерений для метрологического обеспечения производства солнечных батарей нового поколения на основе наноразмерных гетероструктур.
Продолжительность работ
2011, 7 мес.
Бюджетные средства
13 млн
Количество заявок
1
Тема
Разработка технологических основ серийного производства солнечных водонагревательных установок с превышающими зарубежные аналоги технико-экономическими показателями на базе применения новых конструкционных материалов
Продолжительность работ
2013, 8 мес.
Бюджетные средства
20 млн
Количество заявок
9